0105 Frames Per Second

[ 초당 프레임 (퍼포먼스 측정)]

• • URL : http://catlikecoding.com/unity/tutorials/frames-per-second/

• Use physics to create an ever-growing atomic nucleus.

• Use the profiler to investigate performance.

• Measure and display the frame rate.

• Stabilize the frame rate by averaging multiple frames.

• Colorize the frame rate display.

[ Building an Atomic Nucleus ]

• • 씬의 중심을 기준으로 atom(sphere)이 모여드는 형태 구현

    • Neutron(중성자), Proton(양성자)

  • 중성자 만들기

    • Menu : GameObject >> 3D Object >> Sphere

      • Name : Neutron

  • Project Window : Create >> C#

    • Name : Nucleon

[RequireComponent(typeof(Rigidbody))]

public class Nucleon : MonoBehaviour {

public float attractionForce;

Rigidbody body;

void Awake () {

body = GetComponent<Rigidbody>();

}

void FixedUpdate () {

// 자기 자신의 위치의 반대 방향(음수값)으로 힘들 가하게 되어 결과적으로 (0,0,0)을 기준으로 진자 운동을 하게 된다.

body.AddForce(transform.localPosition * -attractionForce);

}

}

• • • [ RequireComponent ... ]

      • 유니티가 자동으로 사용하려는 Component를 삽입해 줌

    • Nucleon 드래그 >> (to) Neutron

      • Script 변수 : Attraction Force >> 5

    • Neutron Inspector

      • Rigidbody >> Use Gravity : Uncheck

    • Project Window : Create >> Material

      • Name : Neutron

      • Albedo : RGBA(0, 0, 255, 255)

• • Neutron(Material) 드래그 >> (to) Neutron(GameObject)

  • [ Rigidbody ]

• 양성자 만들기

  • • Neutron(GameObject) 복사(Ctrl+D)

    • 이름 바꾸기 : Proton

    • Project Window : Create >> Material

      • Name : Proton

      • Albedo : RGBA(255, 0, 0, 255)

    • Proton(Material) 드래그 >> (to) Proton(GameObject)

• • • • Proton & Neutron 프리팹 만들기

• • Nucleon 생성기 만들기

    • Menu : GameObject >> Create Empty

      • Name : NucleonSpawner

    • Project Window : Create >> C#

      • Name : NucleonSpawner

  • NucleonSpawner(Script) 드래그 >> (to) NucleonSpawner(GameObject)

    • Neutorn(prefab) 드래그 >> (to) NucleonSpawner(Script) : NucleonPrefabs >> Element 0

    • Proton(prefab) 드래그 >> (to) NucleonSpawner(Script) : NucleonPrefabs >> Element 1

• • • • • Fixed Timestep : Fixedupdate 시간 간격 조정

        • TimeScale : 1인 경우가 실시간 (0.1인 경우 10배 느려짐)

• • Rigidbody : Interploate

    • • 물리 업데이트 사이에 게임 오브젝트(리지드바디)의 움직임을 보간하는 방법

      • FixedUpdate의 주기가 길어서 끊기는 현상이 발생할 경우, 이 부분을 통해 부드럽게 움직이는 것을 표현할 수 있음

[ 2 Using the Profiler ]

• • Profiler

    • CPU와 그래픽카드 등의 시스템 하드웨어에 어떻게 시간과 작업 부하가 분포되는지 탑다운 방식의 통계를 보여줌

  • Menu : Window >> Profiler

  • v-sync (수직 동기화)

  • 컴퓨터 디스플레이에서 그래픽 카드의 프레임 생성과 모니터의 프레임 출력 타이밍을 맞추도록 하는 설정

    • 사용하지 않는 경우 화면 현상의 찌그러짐과 같은 tilt 현상이 발생

    • 유니티에서 v-sync를 Enable하지 않으면, 최상의 포퍼먼스의 Frame rate를 보여줌

    • Menu : Edit >> Project Settings >> Quality

      • V Sync Count : Don't Sync

• 우리가 작성한 씬을 실행시키면, CPU Usage와 GC Allocated에서 예기치 않은 과부하가 주기적으로 보임

• 유니티 Editor에 의해서 발생한 현상

  • Standalone Build의 수행으로 Game View에서만 Profiler를 사용

    • Menu : Bulid Settings ...

• • GC Allocated

    • Garbage Collection 에서 메모리를 할당하고 삭제하는 부분

[ 3 Measuring Frames Per Second ]

• • Stats에서 보여주는 초당 프레임은 한 프레임당 흐른 시간을 1에서 나눈 값을 표현하는 것

  • 초당 프레임을 구현하기 위해서 1초간 누적된 프레임을 출력할 수 있도록 할 예정

  • FPSCounter 생성

    • 한 프레임당 걸린 시간을 1에서 나눈 값

    • Project Window : Create >> C#

      • Name : FPSCounter

using UnityEngine;

public class FPSCounter : MonoBehaviour {

public int FPS { get; private set; }

/*

int fps;

public int FPS {

get { return fps; }

private set { fps = value; }

}

*/

void Update () {

// FPS = (int)(1f / Time.deltaTime);

FPS = (int)(1f / Time.unscaledDeltaTime);

}

}

• • • • [C# property ]

        • 멤버 변수인 것처럼 보여 주도록 하는 메소드(함수)로 사용상 편하게 해주는 역할

      • Time.unscaledDeltaTime

        • Time.deltaTime은 한 프레임에서 다음 프레임까지 걸린 시간을 의미하지만, Time Scale에 영향을 받는 값으로 현실의 시간은 아님

        • Time.unscaledDeltaTime은 실질적인 한 프레임이 실행된 시간을 담고 있음(Time Scale에 영향을 받지 않음)

• • Unity UI 만들기

    • FPS를 보여줄 UI 만들기

• • FPSDisplayer 만들기

    • Project Window : Create >> C#

      • Name : FPSDisplayer

using UnityEngine;

using UnityEngine.UI;

[RequireComponent(typeof(FPSCounter))]

public class FPSDisplay : MonoBehaviour {

public Text fpsLabel;

FPSCounter fpsCounter;

void Awake () {

fpsCounter = GetComponent<FPSCounter>();

}

void Update () {

//fpsLabel.text = fpsCounter.FPS.ToString();

// 99를 벗어나면 99로 표기할 수 있도록 한다.

fpsLabel.text = Mathf.Clamp(fpsCounter.FPS, 0, 99).ToString();

}

}

• • • FPSDisplayer 드래그 >> (to) FPS Panel

    • FPS Label 드래그 >> (to) FPS Panel Inspector >> FPS Display (Script) : FPS Label

• • Profiler

    • FPS를 출력하기 위한 임시 텍스트 생성에 따른 동적 메모리 할당(ToString() 함수에 의해서 문자열이 생성되고, Garbage가 됨)

static string[] stringsFrom00To99 = {

"00", "01", "02", "03", "04", "05", "06", "07", "08", "09",

"10", "11", "12", "13", "14", "15", "16", "17", "18", "19",

"20", "21", "22", "23", "24", "25", "26", "27", "28", "29",

"30", "31", "32", "33", "34", "35", "36", "37", "38", "39",

"40", "41", "42", "43", "44", "45", "46", "47", "48", "49",

"50", "51", "52", "53", "54", "55", "56", "57", "58", "59",

"60", "61", "62", "63", "64", "65", "66", "67", "68", "69",

"70", "71", "72", "73", "74", "75", "76", "77", "78", "79",

"80", "81", "82", "83", "84", "85", "86", "87", "88", "89",

"90", "91", "92", "93", "94", "95", "96", "97", "98", "99"

};

void Update () {

fpsLabel.text = stringsFrom00To99[Mathf.Clamp(fpsCounter.FPS, 0, 99)];

}

• • • • 이미 만들어진 Text를 활용해 사용할 수 있도록 함

[ 4 Averaging Frames Per Second ]

• 매 프레임마다 업데이트 되는 FPS 보다는 평균적인 값을 업데이트할 수 있도록 하여 가독성을 높임

• 기존의 FPS명을 AverageFPS로 변경하고, frameRange에 설정한 값(60) 만큼에 대한 FPS의 값들에 대한 평균 값을 구하도록 함

using UnityEngine;

public class FPSCounter : MonoBehaviour {

public int frameRange = 60;

public int AverageFPS { get; private set; }

int[] fpsBuffer;

int fpsBufferIndex;

void Update () {

if (fpsBuffer == null || fpsBuffer.Length != frameRange) {

InitializeBuffer();

}

UpdateBuffer();

CalculateFPS();

}

void InitializeBuffer () {

if (frameRange <= 0) {

frameRange = 1;

}

fpsBuffer = new int[frameRange];

fpsBufferIndex = 0;

}

void UpdateBuffer () {

fpsBuffer[fpsBufferIndex++] = (int)(1f / Time.unscaledDeltaTime);

if (fpsBufferIndex >= frameRange) {

fpsBufferIndex = 0;

}

}

void CalculateFPS () {

int sum = 0;

for (int i = 0; i < frameRange; i++) {

int fps = fpsBuffer[i];

sum += fps;

}

AverageFPS = (int)((float)sum / frameRange);

}

}

• • • • FPSDisplay에서 fpsCounter.FPS도 fpsCounter.AverageFPS로 바꿔주어야 함

• • hightestFPS와 LowestFPS 추가

    • frameRagne 동안 평균 FPS 이외에 최대, 최소 FPS가 어떻게 되는지도 표현해 보도록 함

using UnityEngine;

public class FPSCounter : MonoBehaviour {

public int frameRange = 60;

public int AverageFPS { get; private set; }

public int HighestFPS { get; private set; }

public int LowestFPS { get; private set; }

int[] fpsBuffer;

int fpsBufferIndex;

void Update () {

if (fpsBuffer == null || fpsBuffer.Length != frameRange) {

InitializeBuffer();

}

UpdateBuffer();

CalculateFPS();

}

void InitializeBuffer () {

if (frameRange <= 0) {

frameRange = 1;

}

fpsBuffer = new int[frameRange];

fpsBufferIndex = 0;

}

void UpdateBuffer () {

fpsBuffer[fpsBufferIndex++] = (int)(1f / Time.unscaledDeltaTime);

if (fpsBufferIndex >= frameRange) {

fpsBufferIndex = 0;

}

}

void CalculateFPS () {

int sum = 0;

int highest = 0;

int lowest = int.MaxValue;

for (int i = 0; i < frameRange; i++) {

int fps = fpsBuffer[i];

sum += fps;

if (fps > highest) {

highest = fps;

}

if (fps < lowest) {

lowest = fps;

}

}

AverageFPS = (int)((float)sum / frameRange);

HighestFPS = highest;

LowestFPS = lowest;

}

}

• • ( Highest/LowestFPS의 추가에 따른) FPSDisplay 수정 사항

public Text highestFPSLabel, averageFPSLabel, lowestFPSLabel;

void Update () {

highestFPSLabel.text =

stringsFrom00To99[Mathf.Clamp(fpsCounter.HighestFPS, 0, 99)];

averageFPSLabel.text =

stringsFrom00To99[Mathf.Clamp(fpsCounter.AverageFPS, 0, 99)];

lowestFPSLabel.text =

stringsFrom00To99[Mathf.Clamp(fpsCounter.LowestFPS, 0, 99)];

}

• • Higest/Lowest FPS를 위한 UI용 Label도 만들기

  • 만들어진 라벨 드래그 >> (to) FPSDisplay : HightestFPSLabel, AverageFPSLabel, LowestFPSLabel

[ Coloring the Labels ]

• Label에 색깔 넣기

• • • FPS의 일정 값에 따라 5단계의 색깔로 숫자 표현하기 ( 60 이상, 45 이상, 30 이상, 15 이상, 0 이상)

[System.Serializable]

private struct FPSColor {

public Color color;

public int minimumFPS;

}

[SerializeField]

private FPSColor[] coloring;

void Display (Text label, int fps) {

label.text = stringsFrom00To99[Mathf.Clamp(fps, 0, 99)];

for (int i = 0; i < coloring.Length; i++) {

if (fps >= coloring[i].minimumFPS) {

label.color = coloring[i].color;

break;

}

}

}

void Update () {

Display(highestFPSLabel, fpsCounter.HighestFPS);

Display(averageFPSLabel, fpsCounter.AverageFPS);

Display(lowestFPSLabel, fpsCounter.LowestFPS);

}

• • serialization 참고

  • FPSDisplay : Coloring 세팅